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脂溶性维生素的生物合成

生物工程学报 2024年

作者：张博余浩楠朱丽丹朱溢柳志强郑裕国浙江工业大学生物工程学院浙江省生物有机合成技术研究重点实验室浙江工业大学手性生物制造国家地方联合工程研究中心

维生素是保证人体正常生命活动所必需的一种有机物质，近年来维生素的应用场景不断扩展，除食品、畜牧业领域外，在医药、美妆等行业也有广泛应用，因此全球市场对维生素的需求不断增长。随着近几年合成生物学的快速发展，在现有的维生... 详细信息

维生素是保证人体正常生命活动所必需的一种有机物质，近年来维生素的应用场景不断扩展，除食品、畜牧业领域外，在医药、美妆等行业也有广泛应用，因此全球市场对维生素的需求不断增长。随着近几年合成生物学的快速发展，在现有的维生素生产方法中生物合成法凭借其环保、安全、效率高等优点，逐渐被行业研究者所关注。为了进一步实现低碳、节能、减排以及我国“碳达峰”以及“碳中和”的目标，建立和实现生物合成维生素的方法具有重大的科学意义和应用需求。文中回顾了近年来生物合成在维生素生产领域的研究进展，详细阐述了脂溶性维生素(维生素A、维生素D、维生素E和维生素K) 的生物合成研究现状。

关键词：脂溶性维生素生物合成生物发酵代谢工程合成生物学新质生产力

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水溶性维生素的生物合成

生物工程学报 2024年

作者：张博廖宇哲余浩楠王广豪柳志强郑裕国浙江工业大学手性生物制造国家地方联合工程研究中心浙江工业大学生物工程学院浙江省生物有机合成技术研究重点实验室

维生素是维持生物体正常生理功能所必需的一类有机物质，大部分维生素无法由人体合成，少部分维生素只能有限地合成，无法满足自身需求，因而需要通过摄入含维生素的食物或药品来满足自身需要。近年来，维生素被广泛应用于医药、食品或... 详细信息

维生素是维持生物体正常生理功能所必需的一类有机物质，大部分维生素无法由人体合成，少部分维生素只能有限地合成，无法满足自身需求，因而需要通过摄入含维生素的食物或药品来满足自身需要。近年来，维生素被广泛应用于医药、食品或饲料添加剂、化妆品等行业中，人们对维生素的需求也不断增加。维生素的合成方法可分为化学合成法与生物合成法两大类，相较于化学法，生物法合成维生素具有环境友好、安全性高、成本低廉等优势，因此研究生物合成维生素方法具有极大的应用价值。本文回顾了近年来水溶性维生素生产领域中生物合成法的研究进展，总结了水溶性维生素 (B族维生素、维生素C) 的生物合成研究成果，并对生物合成水溶性维生素的发展进行了展望。

关键词：水溶性维生素生物合成合成生物学代谢工程新质生产力

重组大肠杆菌合成L-甲硫氨酸的发酵过程优化

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生物工程学报 2024年第3期40卷 895-907页

作者：牛坤梅子龙管安奇蔡文斌陈懋钦柳志强郑裕国浙江工业大学生物工程学院浙江杭州310014

L-甲硫氨酸作为唯一含有硫元素的必需氨基酸,在生物体内具有非常重要的生理和生化功能,而微生物发酵法合成L-甲硫氨酸因其发酵水平较低仍未达到工业化生产要求。本文在实验室前期构建的L-甲硫氨酸高产菌株大肠杆菌(Escherichia coli)W3... 详细信息

L-甲硫氨酸作为唯一含有硫元素的必需氨基酸,在生物体内具有非常重要的生理和生化功能,而微生物发酵法合成L-甲硫氨酸因其发酵水平较低仍未达到工业化生产要求。本文在实验室前期构建的L-甲硫氨酸高产菌株大肠杆菌(Escherichia coli)W3110ΔIJAHFEBC trc-fliY trc-malY/PAM glyA-22 metF的基础上系统优化了其发酵过程,在优化初始葡萄糖浓度的基础上,比较了DO-Stat、pH-Stat、控残糖浓度和恒速补料等不同补料工艺对L-甲硫氨酸发酵生产的影响,发现葡萄糖的控制对发酵过程有较大影响。在上述研究的基础上,进一步开发了最优的分批补料发酵工艺,使L-甲硫氨酸发酵产量提高到31.71 g/L,发酵时间缩短为68 h,是目前报道的最高产量。同时,建立了最优分批补料工艺下的发酵动力学模型,较好地拟合了L-甲硫氨酸发酵生产过程,为L-甲硫氨酸的发酵法生产提供了一定的数据参考。

关键词： L-甲硫氨酸发酵法生产分批补料发酵过程优化

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磷酸吡哆醛依赖型酶的研究进展及其应用

生物工程学报 2024年

作者：蔡雪孙晨阳翟增春施雪柳志强郑裕国浙江工业大学生物有机合成技术研究浙江省重点实验室浙江工业大学手性生物制造国家地方联合工程研究中心

磷酸吡哆醛(pyridoxal phosphate， PLP)作为维生素B6的活性形式，是多种酶促反应中的重要辅因子。磷酸吡哆醛依赖型酶能够催化多种化学反应，如消旋、脱羧、β-加成、β-消除、反羟醛裂解、转氨和α-消除等多种化学反应，是生物法合成... 详细信息

磷酸吡哆醛(pyridoxal phosphate， PLP)作为维生素B6的活性形式，是多种酶促反应中的重要辅因子。磷酸吡哆醛依赖型酶能够催化多种化学反应，如消旋、脱羧、β-加成、β-消除、反羟醛裂解、转氨和α-消除等多种化学反应，是生物法合成多种天然氨基酸、非天然氨基酸及其相关化合物的有力工具。本文以ω-转氨酶、赖氨酸脱羧酶、苏氨酸醛缩酶、l-酪氨酸酚解酶等典型PLP依赖型酶为例，分析了这些酶的结构特征与催化机理，总结了它们的分子改造研究进展以及在工业生产中的应用。最后，本文对磷酸吡哆醛依赖型酶的未来发展进行了展望，包括PLP辅因子的体内再生系统及工业应用等方面，讨论了这些酶在生物催化应用中的巨大潜力。

关键词：磷酸吡哆醛依赖型酶磷酸吡哆醛辅因子醛缩酶转氨酶生物催化

Oligo(dT)亲和层析介质的载量比较和机制分析

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高校化学工程学报 2024年第2期38卷 243-252页

作者：谭远志张鹏程孙艳娜张其磊姚善泾林东强浙江大学生物质化工教育部重点实验室浙江大学化学工程与生物工程学院浙江杭州310058

针对Oligo(d T)亲和层析介质的吸附性能,以poly(A)为模型分子,考察了4种Oligo(d T)亲和层析介质的静态吸附平衡、吸附动力学和动态结合载量(DBC),探讨了载量影响相关机制。结果表明,4种介质的合适吸附条件均为0.6 mol·L-1Na Cl、p H=6~... 详细信息

针对Oligo(d T)亲和层析介质的吸附性能,以poly(A)为模型分子,考察了4种Oligo(d T)亲和层析介质的静态吸附平衡、吸附动力学和动态结合载量(DBC),探讨了载量影响相关机制。结果表明,4种介质的合适吸附条件均为0.6 mol·L-1Na Cl、p H=6~7;Monomix d T20静态吸附容量最大,且poly(A)能扩散至介质微球深层孔内,而Poros Oligo(d T)25、Praesto Jetted (d T)25和Nano Gel d T20等3种介质中poly(A)均主要为表层吸附、静态吸附容量稍低;对于DBC,Nano Gel d T20和Monomix d T20的10%穿透的DBC较高,而Poros Oligo (d T)25和Praesto Jetted (d T)25相对略低。经分析,影响载量的主要因素包含基质种类、微球孔径、配基密度、间隔臂和配基长度等。对于基质种类,聚苯乙烯基质可能孔道结构较为特别。对于微球孔径,应针对不同大小的m RNA分子定制不同孔径的微球,以平衡传质阻力与可及吸附表面积之间的矛盾,从而增大DBC。

关键词：亲和层析 m RNA 寡脱氧胸腺苷酸载量生物分离

牛肉源热杀索丝菌的致腐差异和比较基因组学研究

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中国食品学报 2024年第1期24卷 12-20页

作者：方金玉张俊吴诗媛施永清石双妮朱军莉浙江工商大学食品与生物工程学院浙江省食品安全重点实验室杭州310018

为探究牛肉中热杀索丝菌的致腐能力和致腐基因分布特点,经分离纯化、形态观察和PCR鉴定,获得29株热杀索丝菌。将其接种于4℃牛肉汁中,测定挥发性盐基氮(TVB-N)值和乙偶姻指标,评价分离菌株的致腐能力。采用比较基因组学技术分析热杀索... 详细信息

为探究牛肉中热杀索丝菌的致腐能力和致腐基因分布特点,经分离纯化、形态观察和PCR鉴定,获得29株热杀索丝菌。将其接种于4℃牛肉汁中,测定挥发性盐基氮(TVB-N)值和乙偶姻指标,评价分离菌株的致腐能力。采用比较基因组学技术分析热杀索丝菌强、弱腐败株基因特点。结果表明,29株热杀索丝菌分离株的TVB-N含量形成较慢,仅有2株菌在第9天超过11.5 mg N/100 g,而产乙偶姻能力强,且有明显差异,其中菌株BT27和BT25含量分别为139.3μg/mL和59.5μg/mL。测定强、弱致腐菌株BT27和BT25的全基因组序列,结果发现,热杀索丝菌基因组中存在大量参与碳水化合物代谢的基因,其中编码糖苷水解酶的基因数量最多,糖基转移酶基因次之。比较基因组学显示,强致腐株BT27被注释到碳水化合物代谢和相应酶的编码基因数量均多于弱致腐株BT25,而两者在编码氨基酸代谢的基因数量相近。研究表明,热杀索丝菌致腐性强、弱与编码碳水化合物代谢基因数量密切相关,研究从基因层面为阐明肉源微生物的致腐机理奠定了良好的基础。

关键词：牛肉比较基因组学热杀索丝菌致腐能力

ppGpp介导的抗生素胁迫应答机制研究进展

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微生物学报 2024年第3期64卷 687-700页

作者：胡晓沈盆闪许健萍余佳琪音建华浙江工业大学生物工程学院浙江杭州310014

抗生素是由微生物在生长发育后期产生的次级代谢产物,具有杀死或抑制细菌生长的能力,因此被广泛应用于细菌感染的临床治疗。在长期的进化过程中,细菌采取多种方式应对环境中抗生素的威胁。除了广为人知的抗生素耐药性(resistance)之外,... 详细信息

抗生素是由微生物在生长发育后期产生的次级代谢产物,具有杀死或抑制细菌生长的能力,因此被广泛应用于细菌感染的临床治疗。在长期的进化过程中,细菌采取多种方式应对环境中抗生素的威胁。除了广为人知的抗生素耐药性(resistance)之外,细菌还能对抗生素产生耐受性(tolerance)和持留性(persistence),严重影响抗生素的临床疗效。鸟苷四磷酸(guanosine tetraphosphate,ppGpp)和鸟苷五磷酸(guanosine pentaphosphate,pppGpp)(本文统称ppGpp)是细菌应对营养饥饿等不利环境时产生的“报警”信号分子,其能够在全局水平调控基因的表达,使细菌适应不利的环境。越来越多的研究表明,ppGpp与细菌应对抗生素胁迫密切相关。基于此,本文综述了细菌中ppGpp的合成与水解及其作用机制,并重点阐述了ppGpp介导抗生素胁迫应答的分子机制,以期为新型抗生素的开发提供新思路。

关键词： ppGpp 严紧反应抗生素耐药性抗生素耐受性抗生素持留性胁迫应答

半疏水晶胶微球的悬浮特性及固载乳杆菌合成有机酸

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高校化学工程学报 2024年第2期38卷 253-264页

作者：侯东杰楼小玲蔡礼年陈治宏张玮陈冰冰贠军贤浙江工业大学机械工程学院浙江杭州310023 浙江工业大学绿色化学合成技术国家重点实验室培育基地浙江杭州310014

针对有机酸生物合成过程中底物和产物抑制、细胞密度低和耐受性弱等问题,采用“结晶致孔-低温聚合”方法制备聚甲基丙烯酸羟乙酯-甲基丙烯酸丁酯半疏水晶胶微球,通过高速成像和数值模拟研究10 L搅拌式生物反应器(STR)内的悬浮行为,通过... 详细信息

针对有机酸生物合成过程中底物和产物抑制、细胞密度低和耐受性弱等问题,采用“结晶致孔-低温聚合”方法制备聚甲基丙烯酸羟乙酯-甲基丙烯酸丁酯半疏水晶胶微球,通过高速成像和数值模拟研究10 L搅拌式生物反应器(STR)内的悬浮行为,通过固载乳杆菌分析半疏水晶胶微球在乳酸和苯乳酸生物合成中的作用。结果表明,数值模拟得到晶胶微球的悬浮特性与高速成像实验结果基本一致,体积分数为3%的晶胶微球均匀悬浮所需最低搅拌转速为55 r·min-1;在晶胶固载乳杆菌发酵联产乳酸和苯乳酸过程中,乳杆菌生物量达10.5 g·L^(-1),相比于无载体发酵提高了84.2%;在第1次补料期间,乳酸的发酵周期大幅缩短至21 h,比无载体发酵周期缩短了50%。

关键词：半疏水晶胶微球搅拌式生物反应器悬浮行为乳杆菌发酵数值模拟

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基于多引导结构感知网络的深度补全

控制与决策 2024年第2期39卷 401-410页

作者：孙虎金宇强张文安付明磊浙江工业大学信息工程学院杭州310023 浙江省嵌入式系统联合重点实验室杭州310023

针对三维场景深度信息观测稀疏问题,提出一种融合彩色图像的多引导结构感知网络模型以补全稀疏深度.首先,利用三维平面法向量与场景梯度信息之间的映射关系,设计一种两分支主干网络框架,结合图像特征和几何特征进行深度预测,以充分提取... 详细信息

针对三维场景深度信息观测稀疏问题,提出一种融合彩色图像的多引导结构感知网络模型以补全稀疏深度.首先,利用三维平面法向量与场景梯度信息之间的映射关系,设计一种两分支主干网络框架,结合图像特征和几何特征进行深度预测,以充分提取空间位置信息的特征表示;然后,考虑到大范围场景下不同物体的结构差异性,基于网络通道注意力机制设计一种自适应感受野的结构感知模块,以对不同尺度的信息进行表征;最后,在网络采样的过程中,以不同尺寸图像为指导对预测子深度图进行滤波并修复物体的边缘细节.公开数据集上的实验结果表明,所设计的深度补全算法可以获得准确的稠密深度,同时通过两个下游感知任务进行深入评估,表明利用所提出方法能够有效提升其他感知任务的效果.

关键词：稀疏场景深度补全结构感知多传感器融合图像引导滤波自适应感受野